探秘天空的顏色：白天的藍(lán)與日落的紅背后真相！

天空之所以是藍(lán)色，核心原因是瑞利散射。

簡單地說，太陽光是復(fù)合光，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等多種顏色組成。大氣層里的氮?dú)狻⒀鯕夥肿雍苄。菀咨⑸洳ㄩL較短的藍(lán)光和紫光，而人眼對藍(lán)光更敏感，對紫光不敏感，所以我們白天看到的天空一般都是藍(lán)色。

但早晨日出時(shí)和傍晚日落時(shí)，太陽以及附近地平線會(huì)偏紅，出現(xiàn)朝霞晚霞，是因?yàn)楣獯┻^大氣層是走斜路，路徑更長，穿過的氣體也更厚，藍(lán)光就被散射掉了，剩下波長更長地紅光、橙光到達(dá)我們地視網(wǎng)膜。

延伸展開來說，地球的能量主要來自太陽，太陽能量是以電磁輻射的方式傳播到地球，電磁輻射的傳播載體是光子，因此到達(dá)地球的能量本質(zhì)上都是光。當(dāng)然，這些光有人眼能夠看見的，也有人眼看不見的。

電磁輻射全波段的光包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，波段太長頻率太低的無線電波、紅外線，以及波段太短頻率太高的紫外線、X射線、γ射線，人眼都無法看到，只能看到波段從長到短約780納米到380納米之間、頻率從低到高380THz到790THz的可見光。

而可見光又是復(fù)合光，通過色散，可以折射出從紅到紫一系列顏色，人們一般把它分為七色，即紅橙黃綠青藍(lán)紫。這七色光對應(yīng)的波段與頻率見下表：

所謂七色光，只不過是人類為了便于敘述和分辨認(rèn)為劃分的，實(shí)際上，可見光可見光從紅色到紫色是連續(xù)過渡的，物理理論上可以無限分割這些光，可以離散出無數(shù)種顏色的光。但人眼和儀器的感知分辨都是有限的，現(xiàn)在電腦一般將光分為三原色，即GRB，也就是紅綠藍(lán)，用這三種原色，就可以調(diào)配出無數(shù)種顏色。

人眼對顏色區(qū)分極限約100萬種，現(xiàn)代電腦、手機(jī)等屏幕一般采用24位真彩色，即將每種顏色分為從0到255種，也就是G、R、B三通道分別為256級(jí)，這樣三種顏色疊加就可以形成256*256*256≈16,78萬種顏色。更好的屏幕還有32位和48位色，最高調(diào)配出的種顏色數(shù)可達(dá)281萬億種，人眼根本無法分辨，只在專業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用。

回歸到可見光的某些特性：真空光速c≈3*10^8m/s，也就是約每秒30萬千米，但在不同介質(zhì)中，如水、玻璃中，其折射率不一樣，速度也不一樣，波長越長，折射率越小，速度越快，隨著波長變短依次變化，到紫光折射率最大，速度最慢。

這就是當(dāng)光通過玻璃三棱鏡折射后，將白色光色散出各種顏色，下雨天當(dāng)太陽光在適當(dāng)角度會(huì)在天空顯示出長虹的原因。在大氣中，空氣分子遠(yuǎn)小于可見光波長，因此，瑞利散射規(guī)律是對波長越短的光散射越厲害，公式為：散射強(qiáng)度 ∝ 1 / 波長^4。

我們將紅光波長650納米，藍(lán)光波長450納米代入公式計(jì)算，得出藍(lán)光瑞利散射散射強(qiáng)度是紅光的4.35倍，

根據(jù)紅光和藍(lán)光波長計(jì)算，藍(lán)光散射的強(qiáng)度就約為紅光的4倍，因此，在太陽光進(jìn)入大氣層時(shí)，紫光和藍(lán)光就被大氣分子散射向四面八方，滯留和充滿天空，人眼感光細(xì)胞對紫光不敏感，因此，我們看到的天空就成了蔚藍(lán)色。

而波長較長的紅、橙、黃色光，不容易被大氣分子散射，絕大多數(shù)就直射到了地面。

日出日落時(shí)，太陽貼近地平線，光線要穿過的大氣層厚度是上下午的幾十倍，在這樣極長的路徑里，波長很短的藍(lán)光、紫光在半路上就徹底散射光了，傳遞不到人眼中，只有波長組最長，最不容易被散射的紅光、橙光能穿透厚厚的大氣到達(dá)人眼，因此早晚看到的太陽就是紅色或橙紅色，朝霞晚霞也是這個(gè)道理。

正是可見光這些奇妙特性，不僅將天空變幻得多彩多姿，還讓我們能夠看到這個(gè)世界無與倫比的絢麗和斑斕。

時(shí)空通訊原創(chuàng)文章，歡迎討論，感謝閱讀。